1、摘 要離合器通常裝在發動機與變速器之間，其主動部分與發動機飛輪相連，從動部分與變速器相連。為各類型汽車所廣泛采用的摩擦離合器，實際上是一種依靠其主、從動部分間的摩擦來傳遞動力且能分離的機構。離合器的主要功用是切斷和實現發動機與傳動系平順的接合，確保汽車平穩起步；在換擋時將發動機與傳動系分離，減少變速器中換檔齒輪間的沖擊；在工作中受到較大的動載荷時，能限制傳動系所承受的最大轉矩，以防止傳動系個零部件因過載而損壞；有效地降低傳動系中的振動和噪音。中央彈簧離合器采用一至兩個圓柱螺旋彈簧或用一個圓錐彈簧作為壓緊彈簧，并且布置在離合器的中心。關鍵字：離合器、摩擦、震動、中央彈簧一、離合器設計的目的了解轎

2、車離合器的構造，掌握轎車離合器的工作原理。了解從動盤總成的結構，掌握從動盤總成的設計方法，了解壓盤和膜片彈簧的結構，掌握壓盤和膜片彈簧的設計方法，通過對以上幾方面的了解，從而熟悉轎車離合器的工作原理。學會如何查找文獻資料、相關書籍，培養學生動手設計項目、自學的能力，掌握單獨設計課題和項目的方法，設計出滿足整車要求并符合相關標準、具有良好的制造工藝性且結構簡單、便于維護的轎車離合器，為以后從事汽車方面的工作或工作中設計其它項目奠定良好的基礎。通過這次課程設計，使學生充分地認識到設計一個工程項目所需經歷的步驟，以及身為一個工程技術人員所需具備的素質和所應當完成的工作，為即將進入社會提供了一個良好的

3、學習機會，對于由學生向工程技術人員轉變有著重大的實際意義。1.1離合器設計的基本要求 1）在任何行駛條件下，既能可靠地傳遞發動機的最大轉矩，并有適當的轉矩儲備，又能防止過載。 2）接合時要完全、平順、柔和，保證起初起步時沒有抖動和沖擊。 3）分離時要迅速、徹底。 4）從動部分轉動慣量要小，以減輕換檔時變速器齒輪間的沖擊，便于換檔和減小同步器的磨損。 5）應有足夠的吸熱能力和良好的通風效果，以保證工作溫度不致過高，延長壽命。 6)操縱方便、準確，以減少駕駛員的疲勞。 7)具有足夠的強度和良好的動平衡，一保證其工作可靠、使用壽命長。1.2技術參數及論文要求 整車性能參數： 驅動形式 42 后輪 軸

4、距 3800mm 輪距前/后 1750/1586mm 整備質量 4310kg 最高車速 100km/h 最大爬坡度 35% 最大功率/轉速 110/3000kw/rpm 最大轉矩/轉速 400/1200-1400nm/rpm 輪胎規格 9.00-20 離地間隙 280mm 整車尺寸（長寬高） 6985mm2330mm2350mm 本次課程設計的基本內容有： 1.查閱離合器資料，根據使用條件，確定離合器的結構，進行離合器的總體結構設計。 2.確定相關結構參數，對壓盤、磨擦盤和離合器殼體的結構、參數及材料進行選擇，對主要零部件進行強度計算。 3.繪制所有零件圖和裝配圖。 4.完成6000字左右的設

5、計說明書。1.3中央彈簧離合器結構中央彈簧離合器總成由中央彈簧、離合器蓋、壓盤、傳動片和分離軸承總成等部分組成。 1)離合器蓋離合器蓋一般為120或90旋轉對稱的板殼沖壓結構，通過螺栓與飛輪聯結在一起。離合器蓋是離合器中結構形狀比較復雜的承載構件，壓緊彈簧的壓緊力最終都要由它來承受。 2)中央彈簧中央彈簧是由一至兩個圓柱螺旋彈簧或用一個圓錐彈簧作為壓緊彈簧，并且布置在離合器的中心。 3)壓盤壓盤的結構一般是環形盤狀鑄件，離合器通過壓盤與發動機緊密相連。壓盤靠近外圓周處有斷續的環狀支承凸臺，最外緣均布有三個或四個傳力凸耳。 4)傳動片離合器接合時，飛輪驅動離合器蓋帶動壓盤一起轉動，并通過壓盤與從

6、動盤摩擦片之間的摩擦力使從動盤轉動；在離合器分離時，壓盤相對于離合器蓋作自由軸向移動，使從動盤松開。這些動作均由傳動片完成。傳動片的兩端分別與離合器蓋和壓盤以鉚釘或螺栓聯接，一般采用周向布置。在離合器接合時，離合器蓋通過它來驅動壓盤共同旋轉；在離合器分離時，可利用它的彈性恢復力來牽動壓盤軸向分離并使操縱力減小。 5)分離軸承總成分離軸承總成由分離軸承、分離套筒等組成。分離軸承在工作時主要承受軸向分離力，同時還承受在高速旋轉時離心力作用下的徑向力。目前國產的汽車中多使用角接觸推力球軸承，采用全密封結構和高溫鏗基潤滑脂，其端面形狀與分離指舌尖部形狀相配合，舌尖部為平面時采用球形端面，舌尖部為弧形面

7、時采用平端面或凹弧形端面。1.4中央彈簧離合器的優點中央彈簧離合器與其他形式離合器相比，具有一系列優點： 1)中央彈簧離合器具有較理想壓緊力，有利于減少踏板壓力使操作輕便； 2)壓緊彈簧不與壓盤直接接觸，不會使彈簧受熱回火失效； 3)通過調整墊片或螺紋容易實現壓盤對壓緊力的調整； 4)中央彈簧中心與離合器中心線重合，平衡性好。1.5中央彈簧離合器的工作原理由圖可知，離合器蓋與發動機飛輪用螺栓緊固在一起，當中央彈簧被預加壓緊，離合器處于接合位置時，由于中央彈簧一端對壓盤的壓緊力，使得壓盤與從動摩擦片之間產生摩擦力。當離合器蓋總成隨飛輪轉動時(構成離合器主動部分)，就通過摩擦片上的摩擦轉矩帶動從動

8、盤總成和變速器一起轉動以傳遞發動機動力要分離離合器時，將離合器踏板踏下，通過操縱機構，使分離軸承總成前移推動中央彈簧離開壓盤，壓盤在傳動片的彈力作用下離開摩擦片，使從動盤總成處于分離位置，切斷了發動機動力的傳遞。圖1.1中央彈簧離合器結構圖二、離合器摩擦片參數的確定2.1 摩擦片參數的選擇2.1.1 初選摩擦片外徑d、內徑d、厚度b摩擦片外徑是離合器基本尺寸，它關系到離合器的結構重量和壽命，它和離合器所需傳遞轉矩大小有一定關系。 式中， 為發動機最大轉矩，取400nm；a為不同結構和使用條件對d的影響系數，對于輕型貨車 取a=40。離合器摩擦片尺寸系列和參數表1表1外徑d/mm16018020

9、0225250280300325350380405430內徑d/mm110125140150155165175190195205220230厚度b/mm3.23.53.53.53.53.53.53.54444c=d/d0.6870.6940.7000.6670.6200.5890.5830.5850.5570.5400.5430.5351- c30.6760.6670.6570.7030.7620.7960.8020.8000.8270.8430.8400.847單位面積1061321602213024024665466787299081037摩擦片標準系列尺寸，取d=325mm,d=190m

10、m,b=3.5mm,c=0.557。2.1.2 后備系數后備系數保證了離合器能可靠地傳遞發動機扭矩，同時它有助于減少汽車起步時的滑磨，提高了離合器的使用壽命。但為了離合器的尺寸不致過大，減少傳遞系的過載，使操縱輕便等，后備系數又不宜過大。由于所設計的離合器為膜片彈簧離合器，在使用過程中其摩擦片的磨損工作壓力幾乎不會變小（開始時還有些增加），再加上輕型貨車的后備功率比較大，使用條件較好，宜取較小值，故初取=1.3。2.1.3 離合器傳遞的最大靜摩擦力矩tc 2.1.4 單位壓力p0摩擦面上的單位壓力p的值和離合器本身的工作條件,摩擦片的直徑大小,后備系數,摩擦片材料及質量等有關。 離合器使用頻繁

11、,工作條件比較惡劣單位壓力p較小為好。當摩擦片的外徑較大時也要適當降低摩擦片摩擦面上的單位壓力p。因為在其它條件不變的情況下，由于摩擦片外徑的增加，摩擦片外緣的線速度大，滑磨時發熱厲害，再加上因整個零件較大，零件的溫度梯度也大，零件受熱不均勻，為了避免這些不利因素，單位壓力p應隨摩擦片外徑的增加而降低。選取時應考慮離合器的工作條件、發動機后備功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其質量和后備系數等因素。 0.1mpa式中，為摩擦因數取0.3；為單位壓力（）為摩擦面數取2；為摩擦片外徑取325mm；為摩擦片內徑取190mm；摩擦片材料選擇石棉基材料，為單位壓力0.1，為摩擦因數取0.3。 摩擦片的工作條

12、件比較惡劣，為了保證它能長期穩定的工作，根據汽車的的使用條件，摩擦片的性能應滿足以下幾個方面的要求：應具有較穩定的摩擦系數，溫度，單位壓力和滑磨速度的變化對摩擦系數的影響小。要有足夠的耐磨性，尤其在高溫時應耐磨。要有足夠的機械強度，尤其在高溫時的機械強度應較好熱穩定性要好，要求在高溫時分離出的粘合劑較少，無味，不易燒焦磨合性能要好，不致刮傷飛輪及壓盤等零件的表面油水對摩擦性能的影響應最小結合時應平順而無“咬住”和“抖動”現象由以上的要求,目前車用離合器上廣泛采用石棉塑料摩擦片，是由耐熱和化學穩定性能比較好的石棉和粘合劑及其它輔助材料混合熱壓而成，其摩擦系數大約在0.3左右,在該設計中選取的是石

13、棉合成物制成的摩擦片。2.2 離合器基本參數的校核2.2.1 最大圓周速度式中， vd為摩擦片最大圓周速度（m/s）nemax為發動機最高轉速取3000r/min；為摩擦片外徑徑取325mm；故符合條件。2.2.2 單位摩擦面積傳遞的轉矩式中，為離合器傳遞的最大靜摩擦力矩422.5；當摩擦片外徑d210-325mm時，/10-2=0.40n/0.387 n/，故符合要求2.2.3 單位壓力為降低離合器滑磨時的熱負荷，防止摩擦片損傷，選取單位壓力的最大范圍為0.15.35mpa，由于已確定單位壓力0.25mpa，在規定范圍內，故滿足要求2.2.4單位摩擦面積滑磨功為了減少汽車起步過程中離合器的滑

14、磨，防止摩擦片表面溫度過高而發生燒傷，離合器每一次結合的單位摩擦面積滑磨功w應小于其許用值w。汽車起步時離合器結合一次所產生的總滑磨功(j)為：式中，w為汽車起步時離合器結合一次所產生的總滑磨功(j)m 為汽車總質量取4310kg；rr 為輪胎滾動半徑0.5m；i為汽車起步時所用變速器檔位的傳動比4.388；i為主減速器傳動比3.454；n為發動機轉速(r/min),n取3000 r/min;w = = = 0.37 式中，w為汽車起步時離合器結合一次所產生的總滑磨功取11898j滿足w =2,則=r-2=72-10=62mm故取60mm.3.1.6 壓盤加載點半徑r1和支承環加載點半徑r1的

15、確定r1和r1需滿足下列條件：故選擇r188mm， r172mm.3.1.7膜片彈簧材料制造膜片彈簧用的材料，應具有高的彈性極限和屈服極限，高的靜力強度及疲勞強度，高的沖擊強度，同時應具有足夠大的塑性變形性能。按上述要求，國內常用的膜片彈簧材料為硅錳鋼60si2mna或50crva。3.2 膜片彈簧的彈性特性曲線假設膜片彈簧在承載過程中，其子午線剛性地繞上地某中性點轉動。設通過支承環和壓盤加載膜片彈簧上地載荷p1(n)集中在支承點處，加載點間的相對軸向變形為x1(mm),則膜片彈簧的彈性特性如下式表示：式中，e彈性模量，鋼材料取e=2.06mpa； b泊松比，鋼材料取b=0.3； r自由狀態下

16、碟簧部分大端半徑，mm； r自由狀態下碟簧部分小端半徑，mm； r1壓盤加載點半徑，mm； r1支承環加載點半徑，mm； h自由狀態下碟簧部分內截錐高度，mm；h膜片彈簧鋼板厚度，mm。圖形如下：圖4.1彈性特性曲線膜片彈簧的相關參數如表3表3截錐高度h板厚h分離指數n圓底錐角3.8mm2.4mm1812四、扭轉減振器的設計4.1 扭轉減振器主要參數帶扭轉減振器的的從動盤結構簡圖如下圖4.1所示彈簧摩擦式:圖4.2帶扭轉減振器的從動盤總成結構示意圖1從動盤；2減振彈簧；3碟形彈簧墊圈；4緊固螺釘；5從動盤轂；6減振摩擦片7減振盤；8限位銷由于現今離合器的扭轉減振器的設計大多采用以往經驗和實驗方

17、法通過不斷篩選獲得,且越來越趨向采用單級的減振器。極限轉矩受限于減振彈簧的許用應力等因素，與發動機最大轉矩有關，一般可取，tj=(1.52.0) 對于乘用車，系數取2.0。則tj=2.02.0108216（nm）4.1.2 扭轉剛度k由經驗公式初選k tj即ktj132162808（nm/rad）4.1.3 阻尼摩擦轉矩t可按公式初選tt（0.060.17）取t=0.1 =0.1108=10.8(nm)4.1.4 預緊轉矩tn減振彈簧在安裝時都有一定的預緊。tn滿足以下關系：tn（0.050.15）且tnt10.8 nm而tn（0.050.15）5.416.2 nm則初選tn10nm4.1.5

18、 減振彈簧的位置半徑r0r0的尺寸應盡可能大些，一般取r0=(0.600.75)d/2則取r0=0.65d/2=0.65140/2=45.5(mm),可取為46mm.4.1.6 減振彈簧個數zj當摩擦片外徑d250mm時，zj=46故取zj=64.1.7 減振彈簧總壓力f當減振彈簧傳遞的轉矩達到最大值tj時，減振彈簧受到的壓力f為ftj/r0216/(46)4.6957(kn)4.2 減振彈簧的計算在初步選定減振器的主要參數以后，即可根據布置上的可能來確定和減振器設計相關的尺寸。4.2.1 減振彈簧的分布半徑r1r1的尺寸應盡可能大些，一般取r1=(0.600.75)d/2式中，d為離合器摩擦

19、片內徑故r1=0.65/2=0.65140/2=45.5(mm)，即為減振器基本參數中的r04.2.2單個減振器的工作壓力pp= f/z=4695.7/6776.6(n)4.2.3 減振彈簧尺寸1）彈簧中徑dc其一般由布置結構來決定，通常dc=1115mm故取dc=12mm2）彈簧鋼絲直徑dd=3.45mm式中，扭轉許用應力可取550600mpa,故取為580mpad取3.5 mm3）減振彈簧剛度k應根據已選定的減振器扭轉剛度值k及其布置尺寸r1確定，即k=4）減振彈簧有效圈數4.05）減振彈簧總圈數n其一般在6圈左右，與有效圈數之間的關系為n=+(1.52)=6減振彈簧最小高度=23.1mm

20、彈簧總變形量mm減振彈簧總變形量=23.1+3.51=26.61mm減振彈簧預變形量=0.164mm減振彈簧安裝工作高度=26.61-0.164=26.4mm6）從動片相對從動盤轂的最大轉角最大轉角和減振彈簧的工作變形量有關，其值為=4.169767）限位銷與從動盤轂缺口側邊的間隙式中，為限位銷的安裝尺寸。值一般為2.54mm。所以可取為3.8mm, 為52mm.8）限位銷直徑按結構布置選定，一般9.512mm。可取為10mm扭轉減振器相關參數表4表4極限轉矩tj阻尼摩擦轉矩t預緊轉矩tn減振彈簧的位置半徑r0減振彈簧個數zj216 nm10.8 nm10 nm46mm6五、離合器其它主要部件

21、的結構設計5.1從動盤轂的設計從動盤轂是離合器中承受載荷最大的零件，它幾乎承受由發動機傳來的全部轉矩。它一般采用齒側對中的矩形花鍵安裝在變速器的第一軸上，花鍵的遲鈍可根據摩擦片的外徑d與發動機的最大轉矩t花鍵尺寸表5表5摩擦片外徑 d/mm發動機最大轉矩t/(nm)花鍵尺寸擠壓應力/mpa齒數n外徑d/mm內徑d/mm齒厚t/mm有效尺長l/mm20010810292342511.15.2從動片的設計從動盤對離合器工作性能影響很大，設計時應滿足如下要求：1)從動盤的轉動慣量應盡可能小，以減小變速器換擋時輪齒間的沖擊。2) 從動盤應具有軸向彈性，使離合器結合平順，便于起步，而且使摩擦面壓力均勻，

22、以減小磨損。3)應安裝扭轉減振器，以避免傳動系共振，并緩和沖擊。本次設計初選從動片厚度為2mm5.3離合器蓋結構設計的要求： 1)應具有足夠的剛度，否則影響離合器的工作特性，增大操縱時的分離行程，減小壓盤升程，嚴重時使摩擦面不能徹底分離。2)應與飛輪保持良好的對中，以免影響總成的平衡和正常的工作。3)蓋的膜片彈簧支承處應具有高的尺寸精度。4)為了便于通風散熱，防止摩擦表面溫度過高，可在離合器蓋上開較大的通風窗孔，或在蓋上加設通風扇片等。乘用車離合器蓋一般用08、10鋼等低碳鋼板。本次設計初選08鋼板厚度為3mm5.4壓盤的設計對壓盤結構設計的要求:1)壓盤應具有較大的質量,以增大熱容量，減小溫

23、，防止其產生裂紋和破碎，有時可設置各種形狀的散熱筋或鼓風筋，以幫助散熱通風。中間壓盤可鑄出通風槽，也可以采用傳熱系數較大的鋁合金壓盤。2)壓盤應具有較大剛度，使壓緊力在摩擦面上的壓力分布均勻并減小受熱后的翹曲變形，以免影響摩擦片的均勻壓緊及與離合器的徹底分離，厚度約為1525 mm 。3)與飛輪應保持良好的對中，并要進行靜平衡，壓盤單件的平衡精度應不低于1520 gcm 。4)壓盤高度(從承壓點到摩擦面的距離)公差要小。壓盤形狀較復雜，要求傳熱性好，具有較高的摩擦因數，通常采用灰鑄鐵，一般采用ht200、ht250、ht300，硬度為170227hbs。5.5壓盤的結構設計與選擇t = (1)m = = (2)t = =4.95式中，w為汽車起步時離合器結合一次所產生的總滑磨功，取w=11898j為傳到壓盤的熱量所占的比例，對單片離合器壓盤. =0.5；m為壓盤質量(kg)v為壓盤估算面積；c為壓盤的比熱容，鑄鐵：c=481.4 j/(